Pengenalan Visualisasi Saintifik Sederhana bagi Mahasiswa ... kinematika dan dinamika [7-10]; gaya,

download Pengenalan Visualisasi Saintifik Sederhana bagi Mahasiswa ... kinematika dan dinamika [7-10]; gaya,

of 9

  • date post

    18-Oct-2020
  • Category

    Documents

  • view

    3
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Pengenalan Visualisasi Saintifik Sederhana bagi Mahasiswa ... kinematika dan dinamika [7-10]; gaya,

  • PROSIDING SNIPS 2018

    55 9 – 10 Juli 2018

    Pengenalan Visualisasi Saintifik Sederhana bagi Mahasiswa Pendidikan Fisika Tingkat Tahun Pertama

    Mirzanur Hidayata), Sugiantob)

    Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Muhammadiyah Prof. DR. HAMKA

    Jl. Tanah Merdeka, Pasar Rebo, Jakarta, Indonesia, 13830

    a) mirza@uhamka.ac.id (corresponding author) b) s.arjo@uhamka.ac.id

    Abstrak

    Salah satu keahlian yang harus dimiliki bagi mahasiswa jurusan pendidikan fisika adalah keahlian dalam visualisasi saintifik. Keahlian ini berguna baik pada saat mereka menempuh pendidikan selama kuliah maupun saat mereka menjadi guru fisika kelak. Di manuskrip ini disajikan pengenalan visualisasi saintifik bagi mahasiswa pendidikan fisika khususnya mereka yang sedang duduk di bangku kuliah tingkat tahun pertama. Visualisasi saintifik yang dimaksud adalah visualisasi saintifik sederhana yaitu bagaimana cara membuat atau memplot grafik dengan menggunakan komputer. Jenis software yang dipilih adalah yang bersifat free dan/atau open, dalam hal ini dipilih gnuplot sebagai graphing utility dan linux sebagai sistem operasi komputernya. Beberapa plot grafik yang dikenalkan yaitu plot grafik model 2D dan 3D; plot grafik yang didasarkan pada rumus dan pada data numerik; multi-plot dan multi-axis; serta animated plot. Dalam pelaksanaannya, proses pengenalan visualisasi saintifik dilakukan pada saat proses perkuliahan berlangsung (matakuliah TIK dalam pembelajaran fisika) serta dengan diadakannya sebuah workshop.

    Kata-kata kunci: visualisasi saintifik, plot grafik, gnuplot graphing utility, pembelajaran fisika

    PENDAHULUAN

    Pemahaman siswa akan grafik merupakan hal yang penting dalam sains, khususnya fisika dan matematika [1]. Grafik adalah salah satu tipe representasi (representation) dalam matematika dan sains, selain itu ia juga merupakan sumber dan piranti komunikasi dalam pembelajaran sains siswa [2, 3]. Penggunaan representasi merupakan keahlian penting dalam proses pembelajaran, pemecahan masalah, dan komunikasi dalam sains, khususnya dalam fisika yang mana banyak representasi dalam memahami sebuah fenomena [4]. Menganalisis, membangun, dan menerjemahkan antara representasi grafis, bergambar, dan representasi matematis dari ide-ide dan penalaran fisika secara fleksibel adalah karakteristik kunci dari keahlian dalam fisika. Kemampuan ini juga merupakan tantangan bagi peserta didik untuk mengembangkannya [5]. Kurikulum fisika di sekolah menekankan pentingnya representasi grafis dalam penyajian dan analisis data dalam proses pemecahan masalah, sehingga guru harus menciptakan situasi bagi siswa dalam memberi mereka kesempatan menggunakan grafik di ruang kelas. Jadi keterampilan grafik guru fisika adalah hal yang penting [2]. Mengajari siswa bagaimana membaca, menginterpretasi, dan membangun grafik adalah suatu hal yang substantif, dan dapat disimpulkan bahwa siswa yang mampu membaca grafik mempunyai kemampuan tambahan yang mana hal ini menjadi sesuatu yang penting dalam pendidikan sains [6].

    Berbagai penelitian tentang visualisasi sains dalam pendidikan dan pembelajaran fisika telah banyak dilakukan. Visualisasi ini dilakukan di berbagai bidang atau topik-topik dalam fisika, diantaranya yaitu kinematika dan dinamika [7-10]; gaya, gaya sentifrugal, dan gaya koriolis [11]; hukum Kepler dan sistem gerak planet [12]; gelombang dan resonansi [13]; gelombang cahaya dan optik gelombang [14]; optik geometri dan optik fisis [15]; serta radiasi dan pencitraan sinar infra merah [16]. Tema-tema berikutnya adalah visualisasi fungsi gelombang dalam mekanika kuantum [17] serta medan vektor dan divergensi [18-

    ISBN: 978-602-61045-4-0

  • PROSIDING SNIPS 2018

    56 9 – 10 Juli 2018

    19]. Terakhir adalah visualisasi fisika saat pembelajaran, praktikum, dan eksperimen di laboratorium, termasuk di dalamnya pengukuran dan ketidakpastian dalam pengukuran [20-21].

    Dua paragraf di atas memberi gambaran bahwa pengetahuan dan pemahaman terhadap grafik sebagai salah satu representasi dalam pembelajaran fisika merupakan sesuatu yang penting. Oleh karena itu, mahasiswa pendidikan fisika yang notabenenya saat lulus nanti mereka akan menjadi guru fisika perlu dibekali kemampuan tersebut sejak dini. Bekal ini juga dapat berguna saat mereka menempuh perkuliahan.

    Artikel ini berisi pengalaman penulis dalam mengenalkan visualisasi saintifik sederhana kepada para mahasiswa pendidikan fisika tingkat tahun pertama di kampus tempat penulis mengajar. Fokus dari artikel ini lebih bersifat pada pengenalan visualisasi saintifik kepada para mahasiswa, sedangkan respons mahasiswa, dampak, pengaruh, atau hal lain terhadap pengenalan visualisasi ini tidak dibahas dalam artikel ini.

    METODE

    Visualisasi saintifik yang dikenalkan adalah visualisasi saintifik sederhana yaitu bagaimana cara membuat atau plot grafik dengan menggunakan komputer. Penggunaan komputer dipilih karena adanya fenomena bahwa kemampuan komputer semakin meningkat, termasuk juga kondisi bahwa simulasi komputer telah tersedia dalam berbagai bidang sains yang menjadikan simulasi menjadi bagian integral dari kurikulum sains [22]. Jenis piranti lunak yang dipilih adalah yang bersifat open source. Piranti lunak jenis ini semakin populer digunakan dalam dunia pendidikan [23], telah diadopsi dalam pengajaran dan pembelajaran [24], bahkan ada pengajaran dan pembelajaran melalui proses edukatif open source [25]. Piranti lunak yang dipilih dalam visualisasi ini yaitu gnuplot sebagai graphing utility dan linux sebagai sistem operasi komputernya.

    Tipe atau jenis grafik yang dikenalkan kepada mahasiswa adalah yang bersifat sesederhana mungkin. Hal ini dimaksudkan agar mahasiswa dengan mudah dapat menerima dan memahaminya. Hal yang menjadi pertimbangan yaitu mahasiswa belum mempunyai bekal atau belum pernah melakukan visualisasi saintifik dengan menggunakan komputer. Jika mereka dapat menguasai pada tahap ini, diharapkan ke depannya mereka secara mandiri akan mampu membuat, memahami, dan memberi interpretasi terhadap grafik-grafik fisika yang kompleks. Adapun beberapa plot grafik yang dikenalkan yaitu plot grafik model 2D dan 3D; plot grafik yang didasarkan pada rumus dan pada data numerik; multi-plot dan multi-axis; serta animated plot. Dalam teknik pelaksanaannya, pengenalan visualisasi (representasi grafik) ini juga diintegrasikan dengan representasi lain dalam pembelajaran fisika, diantaranya yaitu representasi konsep dengan menggunakan kata-kata dan representasi matematis terhadap tema atau soal fisika yang dipilih.

    HASIL DAN DISKUSI

    Representasi Grafik Model 2D dan 3D

    Fisika, seperti juga matematika, terdapat banyak persamaan atau fungsi di dalamnya. Sebuah fungsi dalam fisika merupakan representasi matematis dari sebuah fenomena fisika. Fungsi ini dapat terdiri atas satu variabel, dua variabel, tiga variabel, dan seterusnya, termasuk juga konstanta di dalamnya. Tiap variabel dalam fungsi ini merupakan representasi dari besaran fisika. Sebuah fungsi 𝑓(𝑥) memiliki arti bahwa fungsi 𝑓 terdiri atas satu variabel 𝑥. Selanjutnya, fungsi 𝑔(𝑥, 𝑦) berarti fungsi 𝑔 terdiri atas dua variabel yaitu variabel 𝑥 dan variabel 𝑦. Dalam representasi grafik, fungsi 𝑓 dapat disajikan dalam bentuk garis atau model 2D, sedangkan fungsi 𝑔 dalam bentuk grafik contour atau model 3D.

    Materi fisika yang dipilih dalam representasi ini adalah potensial dalam listrik statis. Besar potensial listrik di titik tertentu yang berjarak 𝑟 dari sumber muatan 𝑞, secara matematis dapat ditulis sebagai 𝑉 = 𝑘𝑞/𝑟, dengan 𝑘 adalah konstanta. Jika persamaan fisika tersebut divisualisasikan dalam bentuk grafik maka akan didapatkan hasil seperti dalam Gambar 1. Gambar 1 menunjukkan grafik potensial listrik sebagai fungsi jarak. Dari grafik terlihat bahwa sumbu vertikal merupakan representasi besaran potensial listrik dengan satuan μV dan sumbu horisontal adalah jarak (satuan mm). Dalam visualisasi ini, rentang jarak yang dipilih adalah 0 sampai dengan 100 mm. Ada dua parameter yang perlu diperhatikan dalam teknik visualisasi grafik ini, yaitu data plot dan model grafik. Data plot dalam Gambar 1 merupakan hasil kalkulasi nilai potensial 𝑉 sebagai fungsi dari jarak 𝑟. Perhitungan ini dapat dilakukan dengan menggunakan aplikasi spreadsheet di komputer atau dengan membuat kode program komputasi sederhana. Parameter yang kedua

    ISBN: 978-602-61045-4-0

  • PROSIDING SNIPS 2018

    57 9 – 10 Juli 2018

    adalah model grafik. Parameter ini terdiri atas area grafik, label, tics, title data, dan karakter. Area grafik dibiasakan berbentuk persegi, yang berarti rasio panjang dan lebar area grafik adalah sama, kecuali jika proses visualisasi membutuhkan bentuk lain. Label grafik, yaitu label sumbu horisontal (xlabel) dan label sumbu vertikal (ylabel), ditunjukkan dengan jelas. Dalam visualisasi fisika, xlabel dan ylabel merupakan representasi besaran fisika, oleh karena itu perlu ditulis nama besaran beserta satuannya (dalam Gambar 1 terlihat bahwa xlabel “jarak” dengan satuan mm dan ylabel “potensial” dengan satuan μV). Parameter model grafik yang ketiga adalah tics. Tics menunjukkan kenaikan (increment) atau keterangan lain dari sebuah sumbu grafik. Tics dalam Gambar 1 terdiri atas xtics yaitu “0, 20, 40, 60, 80, 100” serta ytics “0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 1.2, 1.4, 1.6”. Parameter berikutnya adalah title data. Title data dalam Gambar 1 adalah “potensial” yang diikuti garis merah. Title data akan semakin bermanfaat jika data dalam grafik lebih dari satu data. Terakhir, dip